(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶Ｓｉ層を形成する方法であって、
（Ａ）第一の表面および第一の表面の反対側の第二の表面を有する基板を準備すること、
（Ｂ）前記基板の第一の表面にアモルファスＳｉ層を形成すること、
（Ｃ）少なくとも１枚の金属板を取り付けて、それにより積層を形成すること、但し、前記金属板の材料は金属合金から選ばれ、前記金属合金はＡｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｒ、ＰｔおよびＷから成る群から選ばれる少なくとも2つの金属を含む、
（Ｄ）前記積層に光を照射して、それにより前記アモルファスＳｉ層から多結晶Ｓｉ層を形成すること、
（Ｅ）前記金属板を取り除くこと
を含み、
急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスが、前記ステップ（Ｄ）の前記光照射プロセスに適用される、
前記方法。
【請求項２】
ステップ（Ｃ）の少なくとも１枚の金属板は、前記アモルファスＳｉ層の表面に取り付けられる、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項３】
ステップ（Ｃ）の少なくとも１枚の金属板は前記基板の第二の表面に取り付けられる、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項４】
ステップ（Ｃ）において、１枚の金属板は、前記アモルファスＳｉ層の表面に取り付けられ、かつ別の１枚の金属板は、前記基板の第二の表面に取り付けられる、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項５】
赤外線または紫外線が前記急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスに適用される、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項６】
ステップ（Ｄ）における光照射の時間が１２０秒未満である、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項７】
ステップ（Ｄ）における光照射の温度が４００〜１１００℃である、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【請求項８】
前記基板の材料は、ガラス、プラスチック、または他の可撓性材料である、請求項１に記載の多結晶Ｓｉ層を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン層を形成する方法に関し、より詳細には急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスを使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶Ｓｉ（多結晶シリコン）は、シリコン単結晶よりもコストが低いという利点とともに、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を凌ぐ優れた電気特性も備えている。したがって、多結晶Ｓｉは、近年、ＴＦＴ生産の分野で非常に注目されてきている。多結晶Ｓｉは、ＴＦＴ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の利用においても重要な役割を果たしている。
【０００３】
しかしながら、多結晶Ｓｉの粒径には、電子移動度およびデバイス特性上の大きな限界がある。特に、多結晶Ｓｉに存在する粒界は、ゲートチャネルを通過する際にデバイスの電荷キャリアにとって障害となる。したがって、多結晶Ｓｉの粒径を大きくし、それによりＴＦＴデバイス特性を向上させるために粒界の数を減らす方法が、今日の多結晶Ｓｉ薄膜形成技術における重要な動向である。例としてディスプレイ技術を挙げると、より良いフラットパネルディスプレイを開発するためには、高効率のＴＦＴを生産することが緊急に必要とされる。
【０００４】
Ｖｏｕｔｓａｓらに付与された特許文献１に、固相結晶化（ＳＰＣ）アニールプロセスを使用することにより、金属基板上に多結晶Ｓｉコンポーネントを提供する方法が、開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、金属基板は光線を透過（例えばバックライトの透過）させないので、この方法は、フラットパネルディスプレイの提供に使用されるには適していない。特許文献２においても、ＵＭ  ＰＹＵＮＧ−ＹＯＮＧらは、化学気相成長（ＣＶＤ）を使用して多結晶Ｓｉを形成する方法を提案している（特許文献２参照）。上記の両特許文献の方法から得られた多結晶Ｓｉの粒径は非常に小さく、直径はわずかに約１００ナノメートルなので、上記の方法によって形成された多結晶Ｓｉ層の特性は、フラットパネルディスプレイの製造には余り適していない。
【０００５】
現在、多結晶Ｓｉ薄膜の形成において最も一般的に使用されている方法は、エキシマレーザアニール技術である。この技術を使用した場合、約６００ナノメートルの粒径を実現することができるが、この大きさでは、高性能のフラットパネルディスプレイを作製するにはまだ不十分である。したがって、金属誘起横方向結晶化（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ：ＭＩＬＣ）法が特許文献３に開示されている（特許文献３参照）。この方法は、誘起材料としてニッケルのような金属を使用して、高温下で長時間にわたり多結晶Ｓｉを成長させる。したがって、この方法は時間がかかり、金属汚染の問題も存在する。
【０００６】
そのため、多結晶Ｓｉを形成する際の上記の問題、すなわち、時間がかかり過ぎること、高温処理、基板材料の制限、金属基板からの汚染を解決する解決法が、緊急に必要とされる。大きな粒径、高い結晶度、低い汚染物質、および優れた電気特性を備えた多結晶Ｓｉを成長させる方法も、本発明の研究者の主な目的になるであろう。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、例示のためにのみ与えられ、したがって本発明を制限するものではない次の説明および添付の図面を参照することにより、明らかになるであろう。
【特許文献１】米国特許第６，６４２，０９２号
【特許文献２】ＷＯ２００７０６４０８７
【特許文献３】ＴＷ（台湾）２５６，７３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は上記の問題を考慮してなされたものである。本発明の目的は、多結晶Ｓｉ薄膜を含む多結晶ＳｉのＴＦＴまたは多結晶Ｓｉのデバイスを製造するのに使用される、多結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法を提供することである。この方法は、アモルファスシリコン層または基板を覆う１枚の金属板（または２枚の金属板）を利用し、光照射プロセスにＲＴＡ（急速熱アニール（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ））を適用するものであり、この方法により、金属板による光の熱への変換がアモルファスシリコン層に対してさらに行われ、急速熱結晶化が実現される。こうして、本発明の多結晶Ｓｉ層が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的によれば、本発明は多結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法を提供し、該方法は、（Ａ）基板を準備すること、（Ｂ）基板の表面にアモルファスＳｉ層を形成すること、（Ｃ）少なくとも１枚の金属板を取り付けて、それにより積層を形成すること、（Ｄ）積層に光を照射して、それによりアモルファスＳｉ層から多結晶Ｓｉ層を形成すること、（Ｅ）金属板を取り除いて多結晶Ｓｉ層を得ることを含む。上記の方法において、急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスが、加熱時間を短縮するためにステップ（Ｄ）の光照射プロセスに適用される。
【００１０】
本発明によれば、ステップ（Ｃ）の金属板は、アモルファスＳｉ層の面（側）、基板の面（側）、またはアモルファスＳｉ層と基板の両面（両側）に取り付けることができる。積層の両面に金属板をあてがうことにより、熱処理の速度を加速することができ、その結果、プロセス所要時間を短縮すること、プロセスの温度を下げること、およびシリコンの結晶度を崩壊（ｄｉｓｒｕｐｔ）させずにエネルギー消費を減少させることができる。
【００１１】
本発明によれば、赤外線または紫外線が急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスに適用されることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、金属板の材料は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｗ、およびその合金から成る群から選ばれることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【００１３】
本発明によれば、ステップ（Ｄ）における光照射の時間は１２０秒未満が好ましいが、それに限定されるものではない。
【００１４】
本発明によれば、ステップ（Ｄ）における光照射の温度は４００〜１１００℃であることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【００１５】
本発明によれば、金属板の材料は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｗ、およびその合金から成る群から選ばれることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の方法は、アモルファスＳｉ層の一方の面、または基板の一方の面（またはアモルファスＳｉ層と基板の両面）を覆う、少なくとも１枚の金属板を使用し、光照射に急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスを使用して光を熱に変換し、次に金属板によってアモルファスＳｉ層へ熱を伝達して急速熱結晶化を得るものである。時間消費すなわち１２時間を超える加熱時間を必要とし、基板として高価な耐熱材料（例えば石英）も必要とする先行技術の方法と比較すると、本発明の方法は、プロセス所要時間の削減、すなわち加熱時間が１２０秒未満であることにおいて有益であり、一般的なガラス基板または低融点基板を問題なく使用することができる。したがって、本発明の方法の利点は、多結晶Ｓｉ層を形成する上で経済的および実用的なことにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、次の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１を参照して、同図は本発明の方法のプロセスフローチャートを示しており、該本発明の方法はステップＳ１〜Ｓ５までを含み、Ｓ１は基板１０を準備することを示し、Ｓ２は、基板１０の上にアモルファスＳｉ層１１を形成することを示し、Ｓ３は、１枚の金属板１２（または、より優れた結晶度を得るために２枚の金属板１２）を取り付けることを示し、Ｓ４は、急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスを適用して、アモルファスＳｉ層１１から多結晶Ｓｉ層１５を形成することを示し、Ｓ５は金属板１２を取り除くことを示している。
【００１８】
（実施例１）
図２を参照して、同図は本発明の実施例によるプロセスフローチャートを示しており、まず、アモルファスＳｉ層１１がガラス基板１０の上に形成され（Ｓ２）、次に金属板１２があてがわれてアモルファスＳｉ層１１の面を覆う（取り付ける）ことで積層１を形成する（Ｓ３）。その後、積層１全体が急速熱アニール（ＲＴＡ）装置（図示せず）に入れられ、赤外線を照射されて急速加熱（９００℃で、１０６秒間）され、次にアニーリングされる（Ｓ４）。したがって、アモルファスＳｉ層１１は多結晶Ｓｉ層１５に結晶化される。最後に、金属板１２が取り除かれて多結晶Ｓｉ層１５が得られる（Ｓ５）。
【００１９】
（実施例２）
図３を参照して、本発明の実施例によるプロセスフローチャートが示されている。この実施例の多結晶Ｓｉ層１５を形成する方法は、アモルファスＳｉ層１１が、ステップＳ２のガラス基板１０の下側面に形成されるという点を除いて、実施例１における方法と同じである。
【００２０】
（実施例３）
図４は、本発明の実施例による多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートを示している。本方法は、ガラス基板１０の上にアモルファスＳｉ層１１を形成すること、２枚の金属板１２、１４をアモルファスＳｉ層１１およびガラス基板１０の２つの面にそれぞれ取り付けて、それにより積層１が形成されること（Ｓ３）、その後、積層１全体を急速熱アニール（ＲＴＡ）装置（図示せず）に入れ、赤外線を照射して急速加熱（７００℃で、４６秒間）され、次にアニーリングして（Ｓ４）アモルファスＳｉ層１１を結晶化させ多結晶Ｓｉ層１５を形成すること、最後に、金属板１２および１４が積層１から取り除かれ、多結晶Ｓｉ層１５を得ること（Ｓ５）を含む。
【００２１】
（実施例４）
図５を参照して、本発明の実施例によるプロセスフローチャートが示されている。この実施例の多結晶Ｓｉ層１５を形成する方法は、アモルファスＳｉ層１１が、ステップＳ２のガラス基板１０の下側面に形成されるという点を除いて、実施例３における方法と同じである。
【００２２】
（実施例５）
図６を参照して、同図は本発明の実施例によるプロセスフローチャートを示しており、最初に、アモルファスＳｉ層１１がガラス基板１０の上に形成され（Ｓ２）、次に金属板１２がガラス基板１０の面にあてがわれる（取り付けられる）ことで積層１を形成する（Ｓ３）。その後、積層１全体が急速熱アニール（ＲＴＡ）装置（図示せず）に入れられ、赤外線を照射されて急速加熱（９００℃で、１０６秒間）され、次にアニーリングされる（Ｓ４）。したがって、アモルファスＳｉ層１１は多結晶Ｓｉ層１５に結晶化される。最後に、金属板１２が取り除かれて多結晶Ｓｉ層１５が得られる（Ｓ５）。
【００２３】
（実施例６）
図７を参照して、同図は本発明の実施例によるプロセスフローチャートを示しており、最初に、アモルファスＳｉ層１１がガラス基板１０の下側面に形成され（Ｓ２）、その後金属板１２がガラス基板１０の面にあてがわれる（取り付けられる）ことで積層１を形成する（Ｓ３）。その後、積層１全体が急速熱アニール（ＲＴＡ）装置（図示せず）に入れられ、赤外線を照射されて急速加熱され、次にアニーリングされる（Ｓ４）。したがって、アモルファスＳｉ層１１は多結晶Ｓｉ層１５に結晶化される。最後に、金属板１２が取り除かれて多結晶Ｓｉ層１５が得られる（Ｓ５）。
【００２４】
実験例１：Ｘ線回折分析
実施例１〜５から得られた多結晶Ｓｉ層にはＸ線回折分析が適用され、その後各多結晶Ｓｉ層の結晶度が観察される。測定結果は図８Ａ〜８Ｅにそれぞれ示されている。
【００２５】
ピーク（１１１）の様子から、本発明による実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層すべてに、優れた結晶度があることがわかる。より詳細には、実施例３および４の多結晶Ｓｉ層は実施例１および２よりも優れた結晶度を示すが一方、実施例３および４の各ピーク（１１１）は鋭いが他の実施例ではピークに幅がある。すなわち、積層に２枚の金属板を取り付けることにより、多結晶Ｓｉ層の結晶度が改善されている。金属板は、アモルファスＳｉ層でなくガラス面に取り付けられているが、実施例５の図８Ｅにおけるピーク（１１１）の様子は、結晶の形成を意味している。すなわち、たとえ金属板をガラス面に取り付けも結晶化はやはり効率的に起こっている。
【００２６】
実験例２：ラマン分光法（Ｒｓ）分析
実施例１〜５から得られた多結晶Ｓｉ層にはラマン分光法分析が適用され、その後各多結晶Ｓｉ層の結晶度が観察される。その測定結果は図９Ａ〜９Ｅに示されている。
【００２７】
（基準としての）シリコン単結晶の標準ピーク５２０ｃｍ-1に基づくと、実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層から測定されたピークはすべて、ピーク５２０ｃｍ-1に非常に近く、特に、実施例３および４（図９Ｃおよび図９Ｄ）の２枚の金属板で作られた多結晶Ｓｉ層から測定されたピークは、５２０ｃｍ-1により近い（両方とも５１９．４ｃｍ-1）。これは、実施例３および４の多結晶Ｓｉ層の結晶度が、より優れていることを意味している。その上、ＦＷＨＭ（半値全幅（ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）、この幅が小さければ小さいほど結晶度が良い）の結果からわかるように、２枚の金属板で作られた多結晶Ｓｉ層は、他の多結晶Ｓｉ層よりも結晶度が良い。
【００２８】
実験例３：走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析
各多結晶Ｓｉ層の結晶の大きさおよび形状は、それらの電気特性および電気抵抗に非常に関連がある。優れた電気特性を備える多結晶Ｓｉ層を作るためには、多結晶Ｓｉ層の粒径は大きければ大きいほど良い。多結晶Ｓｉ層を形成する従来の方法を用いると、多結晶Ｓｉ層の粒径は約１０００Åから２０００Åである。
【００２９】
実施例１〜５から得られた多結晶Ｓｉ層にはＳＥＭ分析が適用され、その後各多結晶Ｓｉ層の結晶の粒径および形状が観察される。その測定結果は図１０Ａ〜１０Ｅに示されている。
【００３０】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および１０Ｅを参照して、実施例１および２、および実施例５により、１枚の金属板で作られた多結晶Ｓｉ層の平均粒径は、それぞれ４０００Å、３９００Å、および３７００Åである。したがって、（実施例３および４、図１０Ｃおよび１０Ｄにより、）２枚の金属板で作られた多結晶Ｓｉ層の平均粒径は、それぞれ最大８３００Åおよび８５００Åである。すなわち、本発明の方法により形成された多結晶Ｓｉ層は優れた平均粒径を持っている。さらに、多結晶Ｓｉ層を形成するプロセスでは、１枚の金属板よりも２枚の金属板を取り付ける方が良い。
【００３１】
上記のように、本発明の多結晶Ｓｉ層を形成する方法は、急速に多結晶Ｓｉ層を形成する（１０６秒未満）要件を満たすように、急速熱アニール（ＲＴＡ）を適用するとき、熱導体として金属板を使用する。得られた多結晶Ｓｉ層は優れた結晶度を持っており、粒径も大きい。本発明の方法は、先行技術において通常非常に長い高温プロセスの時間を短縮するものである。基板材料も高温プロセスが短時間になることにより変わり（多種類の材料を使用することができる）、該基板材料は長時間の耐熱性がある材料（例えば石英）に限定されない。その上、本発明の多結晶Ｓｉ層は優れた結晶度および粒径を持っているので、多結晶Ｓｉ層を提供するには経済的かつ実用的である。
【００３２】
本発明をその好ましい実施形態に関して説明したが、他の多くの変更および変形が、以下の請求項にあるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明の方法のプロセスフローチャートである。
【図２】図２は実施例１における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図３】図３は実施例２における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図４】図４は実施例３における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図５】図５は実施例４における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図６】図６は実施例５における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図７】図７は実施例６における、多結晶Ｓｉ層を形成する方法のプロセスフローチャートである。
【図８−１】図８Ａ〜図８Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のＸ線回折分析結果である。
【図８−２】図８Ａ〜図８Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のＸ線回折分析結果である。
【図８−３】図８Ａ〜図８Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のＸ線回折分析結果である。
【図９−１】図９Ａ〜図９Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のラマン分光法分析結果である。
【図９−２】図９Ａ〜図９Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のラマン分光法分析結果である。
【図９−３】図９Ａ〜図９Ｅはそれぞれ実施例１〜５までの多結晶Ｓｉ層のラマン分光法分析結果である。
【図１０−１】図１０Ａ〜図１０Ｅはそれぞれ実施例１〜５の多結晶Ｓｉ層のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）分析結果である。
【図１０−２】図１０Ａ〜図１０Ｅはそれぞれ実施例１〜５の多結晶Ｓｉ層のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）分析結果である。
【図１０−３】図１０Ａ〜図１０Ｅはそれぞれ実施例１〜５の多結晶Ｓｉ層のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）分析結果である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９−１】
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【図９−２】
0005268464.tif 000013
【図９−３】
0005268464.tif 000014
【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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